[实用新型]用于监控单体电池电压的电路架构

说明书

技术领域

本实用新型主要涉及到电池管理技术领域，确切地说，涉及到在储能系统中采用对串联连接的每个单体电池进行监控的方案，使用结构简单的电路架构，确保整个储能系统集成的超大规模电池在不影响自身功能的基础上实现电压数据的高精度监控。

背景技术

面临着资源短缺和气候变暖问题，利用可再生能源来取代资源有限且对环境有污染的传统化工能源，成为当前迫切需要解决的重要课题。光伏发电系统成为世界各国普遍关注和重点发展的新型产业，在解决全球能源短缺和各国偏远地区的用电问题上发挥着不可或缺的作用。光伏发电的优势还在于储能起到削峰填谷的作用，发电系统几乎是全天候持续发电的所以如果发出来的电无法全部耗尽，部分电能就会浪费，用电高峰通常集中在特定的时间段，高峰期电量不够用而非高峰期则是耗电低谷，电力系统把部分耗电低谷期产生的电能予以储存，在耗电高峰期再馈送到电网或电力设备，达到节约能源的目的。大规模储电技术是智能电网、新能源发电及并网、电力负荷移峰填谷的关键技术。锂电池由于其具有能量密度高、自放电率低、放电电压平稳、循环寿命长等优点在多个领域得到了广泛的应用，尤其是在储能系统中，业界的共识认为超大规模的储电系统中的应用锂电池必将成为技术发展的必然趋势。如何确保锂电池储能系统的高效、安全应用，必须对系统的各个组成部分进行集成和优化，并加以合理有效的管理和控制。

基于电池管理技术，大规模储电电池体系的直流母线电压通常在几百伏，需要由上百个单体电池串并联组成，通常将单体电池先制作成标准的电池模块，由多个模块串联扩展至所需的额定电压。通过对电池储能体系的电池管理技术及系统集成技术进行研发，可以提高电池体系的安全性、可靠性及使用寿命，推动大规模储电的推广应用。关键技术主要是包括以下部分：电池管理、温度监控及管理、健康状态监测诊断、系统集成。储能管理系统是指为基于磷酸铁锂电池、超级电容等储能元件经过多串并组合而成的储能模组提供电源管理、保护等功能的系统。在业界，储能管理系统包括但不限于电池管理系统、超级电容管理系统，具备下述功能：容量状态指示、正常运行指示、异常告警指示、过充过放保护和温度保护、主动式容量均衡、便于扩充容量等。

在电池管理技术上，必须实现电池系统的高效运行。开发标准模块化电池管理系统执行底层电池管理单元来监控串联电芯的电压、温度、内阻等信号，实现电池模块内电芯的状态监控、数据采集、均衡控制、荷电状态估算、电池健康状态估算和热管理控制。通过滤波电路和软件算法，提高精度。上层集中管理单元集中处理上传的电池状态信息，实现与上位机的通讯功能，采用抗干扰技术和CAN总线通讯，提高抗干扰能力。

在对电池体系的温度进行管理上，必须保障储电系统的安全运行。通过结构优化设计和有效的运行管理，保证系统的安全、稳定、高效和长寿命运行。在结构上根据单体电池的热特性进行散热结构最优设计，进行流场和温度场仿真计算，获得最佳散热结构。在此结构下，采取对流换热方式，每个单体电池均与冷却空气接触，从而每个单体电池产生的热量都能迅速散发，使每个电池均能在最佳工作温度范围内且温度场均匀。在系统运行过程中，实时监控每个电池的温度，准确地对电池的运行状况和散热做出判断和分析，在特定电池出现故障时能够及时侦测到异常并适宜于实时更换。

在电池健康状态检测功能上，必须实现电池失效预警提醒。通常可采用交流法检测电池内阻，对电池注入一个幅值相对稳定的低频交流电流信号，测量电池低频电压、低频电流计算电池内阻，为电池荷电状态估算和电池健康状态监测提供准确数据，为预警提供决策依据。电池是否健康和是否有必要即使替换是系统稳定的前提。

在系统的监控平台管理上，必须在基于监控下实现储能系统的稳定运行。监控平台集成系统参数设置、电池状态数据显示、失效预警显示、历史数据查询等功能，综合处理串联电池组中电池单体的状态信息、上位机的控制信息、电池组自身与外围设备的状态和控制信息等。管理必须清晰、容易理解、维护简单、稳定性高。监控平台具有失效预警功能是很重要前提，根据衰减速率、内阻变化速率等指标关系，为电池性能的预警监控提供决策依据。监控平台记录电芯的状态信息，定时对数据进行处理，当某个电芯性能逐渐失效时监控平台应当发出预警信号，提醒用户需要更换的电池的序号和位置。

实用新型内容

在一个非限制性的可选实施例中，本申请披露了在储能系统中用于监控单体电池电压的电路架构，其中由多个单体电池相互串联连接形成电池串，包括：

多个模拟开关模块，每一个模拟开关模块均具有多组以成对出现的双路输入端口；